FORMULE di LEWIS. Molecole biatomiche

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1 FORMULE di LEWIS Molecole biatomiche Contare gli elettroni di valenza dei due atomi Nella struttura di Lewis devono comparire tanti puntini quanti sono gli elettroni al punto 1). Disporre gli elettroni a coppie in maniera tale che ogni atomo abbia ottetto completo. Esempi: CO ed N 2 (quali formule di Lewis sono corrette???) Sono molecole ISOELETTRONICHE cioè hanno lo stesso numero di elettroni di valenza. Per tal motivo presentano proprietà chimiche simili.

2 Molecole poliatomiche STARTEGIA per SCRIVERE LE FORMULE identificare l atomo centrale (spesso l atomo meno elettronegativo, tranne H) esempi calcolare il numero totale di elettroni di valenza (somma elettroni di valenza di ogni atomo). Si tolgono tanti elettroni quante sono le cariche se la specie è un catione; si aggiungono tanti elettroni quante sono le cariche se la specie è un anione. Gli atomi terminali circondano quello centrale (ricordare la possibilità O-H e H direttamente legato all atomo centrale. Disporre coppie elettroniche tra gli atomi, al fine di realizzare legami semplici. Disporre le restanti coppie o sugli atomi o tra gli atomi [legami multipli (doppi o tripli)] al fine di completare gli ottetti

3 Alogeni: Normalmente hanno 3 coppie di elettroni ed 1 legame semplice. ESEMPI NH 2 OH idrossilammina 1) Atomo centrale 2) Elettroni totali 14 (7 coppie) 3) Disporre gli atomi correttamente

4 4) Disporre le coppie di elettroni per formare i legami semplici 5) Completare ottetto per tutti gli atomi con le restanti coppie di elettroni (3 in questo caso) N ed O hanno ottetto completo, H ha doppietto completo. 7 sono le coppie di elettroni totali. Fare esercizio con HNO 2.

5 Na 2 CO 3 2Na + + CO 3 2- CO 3 2- Atomo centrale 24 elettroni di valenza (12 coppie di elettroni).

6 Perché non è possibile??? Tornando alle tre formule di Lewis, si presenta una incongruenza: In natura i tre legami C-O nello ione carbonato sono identici, mentre nelle formule di Lewis due sono uguali ed uno diverso. La descrizione vera dello ione carbonato è una miscela delle tre formule di Lewis. Lo ione CO 3 2- ha proprietà intermedie rispetto alle tre formule. La struttura vera di CO 3 2- è un IBRIDO di RISONANZA delle tre strutture limite di Lewis.

7 BENZENE (C 6 H 6 ) Maniera più realistica per descrivere la molecola di benzene Strutture limiti di risonanza (di Kekulé) per il benzene. Nella realtà tutti i legami C- C sono equivalenti e tale idrocarburo è un ibrido di risonanza delle strutture limite. L energia posseduta da tale molecola è inferiore a quella di ciascuna forma limite. La differenza di energia tra le formule limite e l energia della molecola vera viene definita energia di risonanza.

8 OTTETTO ESPANSO Se sono disponibili orbitali d a bassa energia alcune coppie elettroniche vengono sistemate su tali orbitali Per elementi del periodo II questa cosa non è mai possibile. Si raggiunge l ottetto. Per elementi dal periodo III in su si ha la possibilità di espandere l ottetto. Attorno all atomo di tale periodo ci può essere un numero totale di elettroni superiore ad 8 (normalmente 10 o 12) Esempi: PCl 3, PCl 5, PCl 4+, PCl 6 - In quali specie il P ha ottetto espanso e in quali no??

9 Esercizi: 1) Può esistere il composto NCl 5? Perché si o perché no?? 2) Scrivere tutte le formule limite per lo ione solfato. A ESERCIZIO SVOLTO Non tutte le formule limite dello ione solfato hanno la stessa energia. Alla struttura elettronica ed alla energia vera dello ione solfato contribuiscono di più le formule limiti ad energia più bassa.

10 Normalmente le formule limite con ottetti incompleti hanno alta energia tranne in pochi casi (Boro e Berillio) Formula limite ad alta energia perché il fluoro ha una grossa tendenza ad acquistare elettroni.

11 NUMERO DISPARI di ELETTRONI di VALENZA Ossido di azoto (NO) Specie con almeno un elettrone spaiato prendono il nome di RADICALI. Sono di norma molto reattivi. H H H H C C H 2 H C H H H

12 Forza di legame PARAMETRI di LEGAME Si misura dal valore dell entalpia associata a questa reazione: L entalpia di legame viene indicata anche con la lettera B ed è positiva. Si determinano sperimentalmente. Nelle molecole biatomiche il valore è univoco, mentre nelle molecole poliatomiche il valore è influenzato dalla presenza degli altri legami. Es. NH 3 NH 2 OH

13 Soffermati sulle molecole di H 2, F 2, O 2 ed N 2 Fattori da cui dipende la forza di un legame covalente (qualità della sovrapposizione orbitalica) 1) Forma orbitali 2) Repulsione doppietti solitari 3) Dimensioni orbitali degli atomi interagenti 4) Repulsione nube elettronica del guscio

14 Entalpie medie di alcuni legami Nel benzene il valore di B è superiore alla energia media tra legame semplice e legame doppio. Entra in gioco l energia di risonanza.

15 LUNGHEZZA di LEGAME Distanza media di due nuclei tenuti insieme da legame covalente ( o anche somma dei raggi covalenti degli stessi atomi). Correlazione distanza di legame e forza di legame Legame Entalpia di legame (KJ) Lunghezza di legame (pm) C-C C=C C C Nel benzene la distanza carbonio-carbonio è 139 pm

16 LUNGHEZZE di LEGAME e RAGGI COVALENTI

17 STABILITA del LEGAME H-El nel BLOCCO p Sono riportate le energie di legami H-elemento. Il legame diventa via via più debole scendendo il gruppo. PbH 4 è più reattivo di SnH 4 e così via L idruro più stabile nel gruppo XIV è..????

18 DISTRIBUZIONE della CARICA CARICA FORMALE (C.F.) = Carica che formalmente si attribuisce ad un atomo coinvolto in un legame covalente nelle formule di Lewis. La si stabilisce in base a questa regola: C.F. = elettroni di valenza atomo isolato elettroni in coppie solitarie ½ elettroni condivisi. La carica formale rende conto bene della distribuzione della carica su ciascun atomo nella molecola in esame. Formule di Lewis tanto più probabili quanto minori sono le cariche formali sugli atomi (questo vale strettamente per basse differenze di elettronegatività) In una molecola neutra la somma delle cariche formali deve essere uguale a zero, in uno ione deve dare la carica dello ione.

19 Esempi: ATTENZIONE: Sono solo cariche formali!!

20 VALUTAZIONE della PROBABILITA di una STRUTTURA N 2 O: Come è la connettività tra gli atomi?? Ce la suggerisce il concetto di carica formale. Quale delle due strutture è più probabile? Come ti aspetti la vera connettività tra gli atomi in tale molecola?

21 POLARIZZAZIONE Supponiamo di far interagire un piccolo catione con alta carica con un grosso anione, come nella figura seguente. Il catione piccolo e molto carico riesce a deformare la nuvola elettronica dell anione voluminoso, causando il cosiddetto fenomeno della POLARIZZAZIONE

22 I cationi piccoli ad alta carica sono normalmente Be 2+, Al 3+. Esempio di anione molto grande: I - I primi si chiamano cationi polarizzanti l ultimo è un classico esempio di anione polarizzabile. I composti costituiti da questi tipi di ioni hanno uno spiccato carattere covalente e non più ionico Per esempio, i composti di Berillio (II) come BeCl 2 hanno un forte carattere covalente e non sono da considerarsi ionici. Il potere polarizzante dei cationi diminuisce scendendo un gruppo ed aumenta all aumentare della carica.

23 EFFETTI della POLARIZZAZIONE Passando da AgF a AgCl e poi a AgI il carattere ionico aumenta o diminuisce? Ed il carattere covalente? Cosa vi aspettate in merito alle loro solubilità in acqua??

24 Caso dell HCl LEGAME COVALENTE POLARE Vista la maggiore elettronegatività di Cl rispetto H gli elettroni di legame sono spostati verso l atomo di Cloro. Il legame interessato si definisce covalente polare. Simbolicamente: Il segno δ indica una frazione di carica. Questa asimmetria nella distribuzione di carica genera un dipolo elettrico Si simboleggia con: La freccia ha origine dal baricentro di carica + ed è diretta verso il baricentro di carica -

25 MOMENTO di DIPOLO ELETTRICO E una grandezza vettoriale. E uguale al prodotto del vettore distanza tra le cariche positiva e negativa per il valore della carica. Si misura in Debye e si simboleggia con la lettera μ Per l HCl il momento dipolare vale 1.1 D C.F. nel caso di molecole in cui si hanno atomi con discrete differenze di elettronegatività La struttura ionica ha un peso maggiore. Al crescere di Δχ è sempre più importante. Al crescere di Δχ aumenta il valore di μ.

26 Aprossimativamente: Dato il legame tra A e B, il momento dipolare per questo legame vale: μ = χ(a) - χ(b) Per HCl μ = χ(cl) - χ(h) = = 0.9 D (il valore vero è di 1.1 D) μ(c-h) = 0.4 D È un valore molto basso il legame non è covalente polare ed il valore di δ nella simbologia: È molto piccolo Es. Quanto vale il momento di dipolo per la molecola di Cl 2??

27 Fallimenti descrizione di Lewis.. Ce ne sono alcuni ma il più importante è per la descrizione di O 2 Ma O 2 è una sostanza paramagnetica e quindi deve avere 2 elettroni spaiati!!! Le formule di Lewis non sono in grado di spiegare questo fenomeno!

28 Esercizi: Quale struttura limite di risonanza dà il contributo maggiore nel descrivere la situazione elettronica vera per il composto CsF (Δχ = 3.2)? Che differenza vi aspettate tra le proprietà fisiche di CsF e LiI? Perché? Quale struttura di risonanza meglio descrive il composto LiF?